Pila voltaikoa eta elektrolisia: kontzeptuak eta erreakzioak

Pila voltaikoa

Pila voltaikoa gailu bat da. Oxidazio-erredukzio erreakzio espontaneo batetik korrontea ekoizten du. Zinkezko elektrodoa ZnSO₄-zko disoluzio batean murgilduta dago; anodoa da. Bertan oxidazioa gertatzen da eta elektronak (e-) askatzen dira. Elektrodo hau erreakzioa aurrera joan ahala disolbatzen doa. Ezkerraldean kokatzen da eta negatiboa izaten da.

Osagai nagusiak

• Kobrezko elektrodoa: CuSO₄-zko disoluzio batean murgilduta dago; katodoa da. Bertan erredukzioa gertatzen da, non elektronak irabazten diren. Elektrodo honen masa handitzen da erreakzioan. Eskumaldean kokatzen da eta positiboa izaten da.
• Kanpo eroalea: metalikoa da, eta elektroien fluxu konstantea albideratzen du, anodotik katodora.
• Voltimetroa: pilaren indar elektroeragilea (IEE) neurteko balio du; bi elektrodoen arteko potentzia-diferentzia (Eº pila) neurtzen du. Balioa elektrodoen izaeraren, kontzentrazioaren eta tenperaturaren araberakoa da.
• Gatz zubia: barruan disoluzio bat dago (adibidez KCl). Helburua zirkuitua ixtea da eta disoluzioaren neutralitate elektrikoa mantentzea.

Elektrolisia

Elektrolisia prozesu bat da non elektrolito baten disoluzioan zehar pasatzen den korronte elektrikoak oxidazio-erredukzio erreakzio ez-espontaneoa eragiten duen. Upel elektrolitikoa: elektrolisia gertatzen den lekua da; elektrolitoaren disoluzioa dauka. Hor korronte zuzenera konektatutako bi elektrodo daude eta upelak korronte horretatik elektronak jasotzen edo askatzen ditu.

Elektrodoen funtzioa

• Anodoa: oxidazioa gertatzen den elektrodoa da eta korrontearen polo positibora konektatutako zatia da.
• Katodoa: erredukzioa gertatzen den elektrodoa da eta korrontearen polo negatibora konektatzen da.

Sodio kloruro urtzuaren elektrolisia

Sodio kloruroa (NaCl) 800 °C-tan funditutako elektrolitoa da eta bere ioietan dago disoziatuta: NaCl → Na+ + Cl-. Elektrodoak elektrolitoan murgiltzen dira eta korronte zuzenaren iturrira konektatzen dira. Cl- ioia anodora doa eta han elektronak ematen ditu, Cl₂ sortuz. Bestalde, Na+ ioia katodora doa eta elektronak hartzen ditu deskargatuz Na sortuz.

Anodoan (oxidazioa): 2 Cl- → Cl₂(g) + 2 e-.

Katodoan (erredukzioa): 2 Na+ + 2 e- → 2 Na(l).

Erreakzio osoa: 2 NaCl(l) → 2 Na(l) + Cl₂(g). Katodoan lortutako sodioa gatz urtuarekin alderatuta dentsitate aldakorra du, horregatik likido moduan flotatzen duenez ikus daiteke. Cl gas forma anodoan biltzen da. Erreakzio hau ez da espontaneoa elektrolisia behar duelako.

Ura elektrolisia

Ur puruak ez du ioi askorik ematen, beraz elektrolisi eraginkorra izateko 0,1 M azido sulfuriko (H₂SO₄) gehitzen zaio normalean. Ur disoluzio honetan elektrodoak murgiltzen dira eta honako erreakzioak gertatzen dira:

Anodoan (oxidazioa): 2 H₂O(l) → O₂(g) + 4 H+ + 4 e-.

Katodoan (erredukzioa): 4 H+ + 4 e- → 2 H₂(g).

Beraz, katodoan hidrogenoa lortzen da eta anodoan oxigenoa. Hidrogenoaren kantitatea (bolumena) oxigenoarena baino bikoitza izaten da (H₂ bolumena O₂ bolumenaren bikoitza da).

Kobre(II) sulfatoaren elektrolisia ur-disoluzioetan

Uretan disolbatutako gatzen elektrolisia jakitea batzuetan zaila da, prozesuan H₂O tartekatu egiten delako. CuSO₄-ren kasua adibide bat da: katodoan Cu²⁺ ioiek kobrea hartzen dute eta metala deposizionatuta geratzen da; anodoan, aldiz, H₂Oren molekulak oxidatzen dira SO₄^2- ioiak baino azkarrago oxidation aplikatzen direnean.

Ionizazio disoluzionala: CuSO₄(aq) → Cu²⁺(aq) + SO₄^2-(aq).

Anodoan (oxidazioa): 2 H₂O(l) → O₂(g) + 4 H+ + 4 e-.

Katodoan (erredukzioa): 2 Cu²⁺(aq) + 4 e- → 2 Cu(s).

Erreakzio osoa: katodoaren gainean kobrezko xafla batean kobre metalikoa jalkitzen da eta anodoan oxigeno gaseosoa askatzen da.

Permanganimetria

Elementuak eta aparatua:

• Bureta: honen bidez sartu behar da oxidatzailea, normalean potasio permanganatoa, behar den bolumen zehatzean.
• Prezipitatu-ontzia: bertan sartzen dugu berriz gabeko erreaktiboa edo lagina; adibidez, ferro(II) gatza (Fe²⁺) eta ingurune azidoa lortzeko azido sulfurikoa ere gehitzen da.
• Irabiagailua: permanganatoa botatzen den bitartean disoluzioa uniformeki nahastu dadin erabiltzen da.

Permanganatoa adierazle moduan erabiltzen denean, lehenengo tantak gehitzen direnean permanganatoa Mn⁷⁺-tik Mn²⁺-ra murrizten da eta kolore argiagoa agertzen duenez ez du deskubritzen kolore aldaketarik lurrunean. Baliokidetze-puntura iristen garenean, hurrengo tantak kolore aldaketa agerikoa eragingo du: kolore more edo magentakoa. Horretan agertzen den uneak adierazten du erreakzioa amaitu dela, hau da, Fe²⁺ guztia Fe³⁺ bihurtu dela eta permanganatoa ez dela gehiago erreduzitzen, beraz indikator gisa geratzen da.

2004ekb2 dibujito